theia

Technologia

13.11.2023 11:51

Theia – kosmiczna kolizja i źródło wody na Ziemi?

Kosmos Nauka
4
0
0
4
0

Theia to obiekt, który według najnowszych badań mógł w ogromnym stopniu przyczynić się do ewolucji życia na Ziemi. Chodzi tu nie tylko o uformowanie się Księżyca, ale również odpowiedź na pytanie dotyczące pochodzenia wody na naszej planecie.

Jak wiele innych obiektów astronomicznych, sama nazwa Theia zaczerpnięta została z mitologii greckiej. Teja (lub Theia właśnie) była jedną z tytanid, której dzieckiem była bogini Selene. Selene to właśnie „Księżyc” po grecku – w tym przypadku dobór nazwy jest istnym strzałem w dziesiątkę.

Powodem jest właśnie pochodzenie naszego naturalnego satelity, którego narodziny mogą być związane właśnie z Theą. Obiekt ten jednak może mieć znacznie większe znaczenie dla rozwoju życia na naszej planecie. O co dokładnie chodzi i jaki ma to związek z wodą?

Czym była Theia?

Theia to anglojęzyczne określenie obiektu, który znany jest również jako Thea lub Teja. W środowisku naukowy Theia jest również określana mianem Orfeusza, choć ma to miejsce rzadziej. Co warto odnotować, obiekt ten już nie istnieje, ale miał niebagatelny wpływ na naszą planetę.

theia kolizja
Schemat przedstawiający kolizję z Theą, utworzenie się pierścienia dookoła Ziemi i powstanie z nich Księżyca

Choć sama planeta uważana jest za hipotetyczną, badacze odkrywają coraz więcej dowodów na temat omawianego ciała niebieskiego. Według nich Theia była obiektem o rozmiarach zbliżonych do Marsa. W tym miejscu przypominamy, że Czerwona Planeta jest o połowę mniejsza niż Ziemia. Dawna teoria zakładała, że planeta ta uformowała się na tej samej orbicie co Ziemia, choć o około 60° za lub przed nią.

Badania niemieckich naukowców z 2019 roku dowodzą jednak, że uformowanie planety miało miejsce w zewnętrznym Układzie Słonecznym, co miało niebagatelny wpływ na rozwój wydarzeń. Theia w bardzo młodym okresie istnienia naszej planety (badacze używają określenia protoziemia) uległa zderzeniu z nią, co być może doprowadziło do uformowania się życia.

Teoria wielkiego zderzenia – czy tak właśnie „narodził” się Księżyc?

Skupmy się wpierw na pochodzeniu naszego naturalnego satelity. Jeżeli kiedykolwiek zastanawialiście się, jak doszło do postania Księżyca, nauka w tej kwestii nie ma jednej pewnej odpowiedzi. Naukowcy skłaniają się jednak ku popularnej teorii wielkiego zderzenia, czyli wydarzenia, które doprowadziło do tego, że Księżyc zaczął orbitować dookoła Ziemi. Na czym ona polega?

Teoria ta zakłada kolizję naszej planety ze wspomnianą już Theą, która miała miejsce około 4,5 miliarda lat temu, krótko po uformowaniu się naszej planety. Impakt doprowadził do wyrzucenia materiału skalnego, który następnie zaczął orbitować dookoła naszej planety. Nasza planeta przez pewien czas, podobnie jak np. Saturn, posiadała pierścień. Z czasem jednak doszło do skupienia się materii w jednym punkcie i uformowania jej w to, co obecnie widzimy nocami – Księżyc.

-75%
Kody rabatowe Morele Najlepsze promocje w jednym miejscu

Choć jest to jedna z teorii wyjaśniająca pochodzenie naszego satelity, cieszy się ona dużym poparciem wśród badaczy. Jej zwolennicy wskazują na takie dowody, jak obecność żelaza w postaci metalicznej na Srebrnym Globie, niezwykle wysoką wartość momentu pędu układu Ziemia-Księżyc (niespotykanej dla innych planet i ich księżyców w Układzie Słonecznym), czy też niezwykle małe jądro naszego satelity. Innym dowodem mogą być identyczne stosunki stabilnych izotopów w skałach pochodzenia ziemskiego i księżycowego, co sugeruje to samo pochodzenie.

Teoria kosmicznej kolizji ma jednak kilka niewiadomych, które wciąż wymagają wyjaśnienia. Jednym z nich jest wspomniany skład izotopowy, który powinien się znacznie różnić od ziemskiego. Powstały z kolizji Księżyc, według modeli powinien składać się w 60-80% z materiału pochodzącego z Thei, co w teorii musiałoby urozmaicić jego skład izotopowy. Inną kwestią są skutki, jakie impakt wywarłby na powierzchnię Ziemi. Choć zachowałaby ona integralną strukturę, zderzenie powinno doprowadzić do powstania oceanu magmy na powierzchni planety. Badacze nie dysponują jednak dowodami, które sugerowałyby jego istnienie w wyniku kolizji kosmicznej.

Ziemia i Mars
Porównanie rozmiarów naszej planety z Marsem. Theia była obiektem zbliżonym rozmiarami do Czerwonej Planety

Najnowsze dowody na poparcie teorii wielkiego zderzenia

Dowodów w kwestii pochodzenia Księżyca dostarczyły badania niemieckich naukowców z Instytutu Planetologii uniwersytetu w Münsterze. W swoich badaniach posłużyli się oni obecnością izotopów molibdenu w różnych częściach naszej planety. O co dokładnie chodzi?

Badacze zajęli się szacowaniem obecności izotopów molibdenu, który znajduje się pod powierzchnią planety. I to bardzo głęboko, z uwagi na specyficzne zachowanie molibdenu. Chodzi o wchodzenie w kontakt z żelazem – ogólnikowo mówiąc, oba pierwiastki lubią łączyć się ze sobą. Z racji, że jądro naszej planety składa się aż w 85% z żelaza, zdecydowana większość zasobów molibdenu znajduje się właśnie tam.

Izotopy molibdenu znalazły się tam w momencie, gdy Ziemia prezentowała się zupełnie inaczej. Protoziemia w momencie swojego formowania się była kulą roztopionej materii, w której przepływ pierwiastków był swobodny. Cięższe pierwiastki, jak żelazo (a wraz z nim molibden ze swoimi izotopami) opadały w kierunku jądra, pozostając tam po dziś dzień. Pełne uformowanie się planety powinno zamknąć molibden w jądrze planety, jednak izotopy tego pierwiastka są obecne również w skorupie ziemskiej. Jak tłumaczą to naukowcy?

Sprawdź też: Droga Mleczna – wszystko o naszym miejscu we Wszechświecie

Sugerują oni, że nie ma innej możliwości poza taką, że izotopy ze skorupy zostały dostarczone do naszej planety po tym, jak ostygła i uformowała stały materiał skalny. W innym przypadku Ziemia będąca w stanie roztopionego materiału pochłonęłaby je i przemieściła ku jądru naszej planety. Ziemia ma zatem w swoim wnętrzu dwie różne strefy bogate w izotopy molibdenu, a co więcej – różnią się one od siebie konkretnymi rodzajami samych izotopów.

Badacze wskazują więc, że molibden ze skorupy ziemskiej musi być innego pochodzenia niż ten, który znajduje się w jądrze. Najmocniejszą teorią, która współgra z obcym pochodzeniem „drugiej partii” molibdenu jest wielkie zderzenie między Ziemią a Theą.

theia i kolizja z Ziemią
Kolizja międzyplanetarna była na tyle mocna, że doprowadziła do wystrzelenia materiału skalnego na orbitę | Źródło: nasa.gov

Dlaczego na powierzchni Ziemi nie ma krateru po zderzeniu z Theą?

Kolizje z mniejszym ciałem niebieskim miały już miejsce w historii naszej planety. Wiele osób, które zostaną zapytane o przykład takiego wydarzenia, z pewnością od razu pomyśli o uderzeniu asteroidy lub komety, która doprowadziła do wielkiego wymierania. Efektem było wymarcie m.in. dinozaurów, jak i wielu innych gatunków. Pozostałością po tym wydarzeniu jest krater Chicxulub, który znajduje się u wybrzeża półwyspu Jukatan.

Choć szacuje się, że asteroida mogła mieć „jedynie” od 10 do 15 kilometrów szerokości, pozostawiła za sobą krater, który ma średnicę aż 150 kilometrów. Co więcej, tuż po impakcie, sam krater miał głębokość 30 kilometrów. Dlaczego więc na naszej planecie nie ma wyraźnych pozostałości po kolizji nie z asteroidą, ale z planetą o rozmiarach Marsa?

Odpowiedź jest prosta – ponieważ najprawdopodobniej szukaliśmy ich w złym miejscu. W celu detekcji dowodów kolizji Ziemi z innym dużym ciałem niebieskim, nasza uwagą musi skupić się na obszarze znacznie poniżej powierzchni. Do miejsc, w których znajdują się tzw. LLSVPs, czyli ogromne obszary, które cechuje niska prędkość ścinania.

Są to charakterystyczne obszary, które znajdują się w bliskości zewnętrznego jądra Ziemi. Ich detekcja nastąpiła w 1980 roku za pomocą tomografii sejsmicznej, jednak przez długi czas LLSVPs pozostawały zagadką dla geologów.

Dokładne badania głębokich struktur planety pozwoliły na wyodrębnienie dwóch struktur tego rodzaju: afrykańskiej i pacyficznej LLSVP. Nazwami nawiązują one do miejsc swoich lokalizacji. Co więcej, są to ogromne obszary, które swoimi rozmiarami można porównać do kontynentów. Rozciągają się na szerokości tysięcy kilometrów, natomiast ich wysokość może osiągać nawet 1000 km. Badacze szacują, że pacyficzna LLSVP rozciąga się na długości około 3000 kilometrów. Obie znajdują się na głębokości około 3 tysięcy kilometrów.

Obie te strefy stanowią 6% całej objętości naszej planety. Ich dokładny wpływ na geodynamikę Ziemi pozostaje nieznany, jednak najnowsze badania sugerują, że są one pogrzebanymi dowodami kolizji Ziemi z Theą. Badaczy do tego przekonania skłoniła ich nietypowa kompozycja – są one znacznie gorętsze i gęstsze, niż otaczające je skały.

Symulacje dotyczące zderzenia zakładają, że Theia poruszała się z prędkością większą niż 10 km/s w momencie kolizji. Prędkość ta była wystarczająca, aby doprowadzić do głębokiego wniknięcia obcego materiału skalnego aż do dolnego płaszcza planety. Kolizja obu planet sprawiła, że materiał uderzeniowy szybko został podgrzany do stanu płynnego. Z czasem ostygł na tyle, że zmienił swoją formę na stan stały. Z racji wysokiej zawartości żelaza, migrował on w kierunku jądra, ale jak dotąd nie osiągnął go.

Po dziś dzień wykształciły się dwa wspomniane już bąble, z których najprawdopodobniej każdy jest większy niż średnica Księżyca. Warto jednak dotować, że badania obu obszarów są niezwykle trudne z racji ich lokalizacji. Nadal wiele kwestii pozostaje nierozwiązanych, a sami badacze przyznają, że w wybranych zagadnieniach mogły zostać popełnione błędy.

LLSVP
Lokalizacja obu LLSVP | Źródło: theatlantic.com

Theia i życie na Ziemi – czy kolizja miała wpływ na pojawienie się wody?

Nasza planeta jest jedynym miejscem we Wszechświecie, co do którego wiemy, że jest zdolne do podtrzymania życia na swojej powierzchni. Niebagatelny wpływ na to ma obecność wody w stanie ciekłym, nieodłącznego składnika ewolucji życia w formie, jaką znamy. Skąd jednak woda pojawiła się na naszej planecie i dlaczego Ziemia jest tak unikatowym miejscem?

Do tej pory dominowało przekonanie, że pojawienie się wody na Ziemi było procesem rozłożonym w czasie. Wśród najpopularniejszych teorii górowały te, które dotyczą dostarczania wody przez komety i asteroidy, wodoru przez wiatr solarny, który w reakcji z tlenem prowadził do jej powstania lub reakcji wewnątrz skorupy ziemskiej, gdzie woda miała powstawać samoczynnie. Nowe badania wskazują jednak na to, że to właśnie Theia może odpowiadać za pojawienie się życiodajnej wody na naszej planecie.

Sprawdź też: Woda na Marsie – co wiemy o obecności wody na Czerwonej Planecie?

Naukowcom udało się więc połączyć pojawienie się wody na Ziemi wraz z uformowaniem Księżyca, za co w obu przypadkach odpowiada Theia. Znaczenie ma tu miejsce, z jakiego pochodzi omawiany obiekt. Zaznaczyliśmy już, że jest to Układ Słoneczny, ale ważna jest jego konkretna lokalizacja. Do tej pory panowało przekonanie, że Theia jest obiektem z wewnętrznego Układu Słonecznego. To przekonanie jest najprawdopodobniej błędne.

Pomimo faktu bycia skalistym obiektem, Theia pochodzi z zewnętrznych rubieży Układu Słonecznego. Ma to niebagatelne znaczenie, ponieważ oznacza to, że obiekt ten pochodzi spoza tzw. linii śniegu. Nasza planeta, podobnie jak trzy inne (Merkury, Wenus i Mars) znajdują się w zasięgu wspomnianej linii. Obszar ten jest zdominowany przez wpływ Słońca, którego promieniowanie wywiewa w kosmos wszelkie elementy gazowe. Oznacza to, że w obrębie linii śniegu formują się jedynie planety skaliste.

theia i woda
Skąd wzięła się woda na naszej planecie? Naukowcy są zgodni, że jej pochodzenie jest pozaziemskie

W prostych więc słowach: obszar bliski Słońcu jest „suchy” podczas gdy zewnętrzne rejony pozostają „wilgotne”. Skąd jednak Ziemia, planeta znajdująca się w obrębie omawianej strefy, okazała się tak unikatowym miejscem? Dlaczego woda pojawiła się u nas, a trzy pozostałe planety w linii śniegu są suchymi i skalistymi miejscami, pozbawionymi wody w stanie ciekłym?

Odpowiedzią na to może być właśnie Theia. Choć była obiektem skalistym, badacze postulują, że mogła przenosić ogromne rezerwuary wody. Nie znamy dokładnej odpowiedzi na to, czy chodzi tu o wewnętrzne zbiorniki, czy też wodę na powierzchni tego obiektu, choć bardziej prawdopodobna wydaje się pierwsza opcja. Najnowsza teoria mówiąca o pochodzeniu wody zakłada, że międzyplanetarna kolizja odpowiada za dostarczenie znacznych ilości wody na Ziemię.

Sprawdź też: NASA: asteroida Bennu – najważniejsze informacje o obiekcie

Theia, oprócz pierwiastków opartych na węglu, miała być czynnikiem, który zadecydował o rozwoju życia na Ziemi. Biorąc pod uwagę fakt, że obiekt ten pochodził z obszaru, na który Słońce nie wywierało aż takiego wpływu, oznacza to, że woda mogła rzeczywiście być obecna – również w stanie ciekłym. Nadal jednak tajemnicą pozostaje to, w jaki sposób Theia zbliżyła się do naszej planety.

Theia była więc obiektem, który jeżeli teoria okaże się prawdziwa, mógł być jednym z ważniejszych czynników w kwestii rozwoju życia na Ziemi. Być może gdyby nie szczęśliwe zrządzenie, ewolucja organizmów byłaby niemożliwa na naszej planecie. Należy jednak pamiętać, że teoria wielkiego zderzenia pozostaje jedną z możliwości – być może wkrótce nauka znajdzie konkretne odpowiedzi na to fundamentalne pytanie.

4
0

Podziel się:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *